Геномные и хромосомные мутации у человека

Хромосомные мутации.

Природа хромосомных мутаций - это непосредственное воздействие на хромосомный материал ряда мутагенных факторов, таких как радиационное излучение, химические соединения, вирусы и другие повреждающие агенты (см. ниже). При действии этих мутагенов нарушается структура хромосом.

К хромосомным мутациям (аберрациям хромосом) относятся:

• частичные моносомии и трисомии, развившиеся в результате: потери -делеция или удвоения -дупликация части материала одной хромосомы;

• сбалансированные изменения хромосомного материала, связанные с нарушением ориентации сегментов в отдельных хромосомах - инверсия;

• перенос части материала с одной хромосомы на другую – межхромосомная перестройка или транслокация. Иногда может наблюдаться объединение в транслокацию целых хромосом.

Среди хромосомных делеций выделяют интерстициальные (внутри хромосомы с вовлечением центромеры) и терминальные (концевые фрагменты хромосомы без вовлечения центромеры).

Причиной хромосомной мутации может стать сегрегация или накопление сбалансированных транслокаций хромосом в родословных родителей больного пробанда.

Таким образом, в большинстве случаев хромосомные мутации (как и геномные мутации – см. ниже) приводят к генному дисбалансу, и их фенотипический эффект зависит от степени этого дисбаланса.

Если аберрации хромосом сохраняются в ходе митоза и мейоза, то это стабильныемутации, а если они элиминируются из организма через апоптоз клетки (программированная гибель клеток), то это нестабильные мутации.
Геномные мутации.

Природа геномных мутаций заключается в неправильном расхождении и распределении в митозе и мейозе четырех гомологичных хромосом какой-либо одной пары, образовавшихся в ходе репликации.

В результате геномной мутации может возникнуть анеуплоидия, включая моносомию - утрата одной хромосомы (хромосомный набор: 2n-1), трисомию - избыток на одну хромосому (2n+1) и полисомию - избыток более чем на одну хромосому(2n+2, 2n+3 и т.д.).

Помимо полных моносомий и трисомий (изменение на одну целую хроомосому), выделяют частичные моносомии и трисомии (недостаток или избыток части хромосомы) – они будут рассмотрены в следующем разделе.

Таким образом, геномные мутации приводят к изменениям количества хромосомного материала. Поэтому их фенотипический эффект зависит от степени несбалансированности хромосомного материала или генного дисбаланса.

Вместе с тем возможны другие причины.

Например, в результате попадания в дочерние клетки не одной, а сразу двух гомологичных хромосом одного из родителей может возникнуть однородительская изодисомия либо по материнской, либо по отцовской хромосомам.

Возможно развитие полиплоидии, включая триплоидию (3n) в результате одновременного оплодотворения одной яйцеклетки двумя сперматозоидами (диспермия) и тетраплоидию (4n) в результате неразделения цитоплазмы материнской клетки при нормальном распределении гомологичных хромосом в дочерние клетки.

В случае полиплоидии различают аллополиплоидию, в результате объединения целых неродственных геномов (отцовского и материнского), и аутополиплоидию, для которой характерно увеличение числа наборов хромосом только одного генома, например, отцовского.

Геномные мутации могут обусловить развитие специфических, полуспецифических и неспецифических генетических эффектов.

Специфические эффекты связаны с изменениями содержания структурных генов, кодирующих продукцию специфических белков. Так, при трисомии по хромосоме 21 (синдром Дауна) в 1,5 раза повышена активность фермента - супероксиддисмутазы 1 (ген, котролирующий этот фермент находится на хромосоме 21). Данный фермент обусловливает развитие слабоумия.

Полуспецифические эффекты связаны с изменением содержания генов, контролирующих ключевые этапы клеточного метаболизма (гены рРНК и тРНК, гистоновых и рибосомных белков, сократительных белков и др.).

Неспецифические эффекты зависят от изменений в структуре гетерохроматина, который имеет важное значение для нормального формирования в онтогенезе полигенно наследуемых количественных признаков (длина и масса тела, продолжительность жизни, интеллектуальные способности и др.).

Хромосомные синдромы, обусловленные геномными и хромосомными мутациями не наследуются, так как в 90% случаев являются следствием новых мутаций в гаметах у родителей пробанда.

Исключение составляют транслокационные варианты синдромов, которые являются результатом наличия у родителей сбалансированных перестроек хромосом, не сопровождающихся потерей или избытком хромосомного материала. Коэффициент их наследуемости равен 100%.

Геномные мутации являются наиболее частыми из всех классов мутаций. Например, частота встречаемости синдром Дауна достигает 1 случая на 550-650 человек.

Именно частота синдрома Дауна служит показателем общей частоты хромосомных и геномных мутаций в популяции человека. Известно правило, согласно которому среди 100 больных с любыми хромосомными синдромами, 95 больных (95%) будут иметь числовые нарушения хромосом (включая 75% больных с синдромом Дауна) и только 5 больных (5%) - структурные нарушения хромосом.

В последние годы были выделены динамические мутации. В их основе лежит экспансия или увеличение (экспансия) числа копий коротких повторяющихся последовательностей внутри кластера (пучок) нуклеотидов при передаче наследственной информации от родителей к потомкам.

Выделяют 2 класса экспансии ДНК: первый класс - резкое и стабильное увеличение числа копий определенных повторов (>10) на фоне полного отсутствия сокращения длин их кластеров; второй класс - меньшее число повторов (<4) также при стабильной длине их кластеров.